CN114479795A - 一种膨胀颗粒复合堵水剂及其制备方法和堵水施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膨胀颗粒复合堵水剂及其制备方法和堵水施工方法，属于油田封堵剂技术领域。复合堵水剂包括膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂，膨胀颗粒的粒径与固化颗粒的粒径比值为1000～10000:1；固化剂与固化颗粒的质量比为2～5:50；使用前，膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂分开独立保存；施工时，依次向地层裂缝注入清水、膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂。制备时，膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成；固化颗粒为改性纳米二氧化硅颗粒，其表面接枝超支化聚合物；制备固化剂。本发明的复合堵水剂可在地层缝隙中形成稳定的封堵段，可实现大孔道和小孔道的良好封堵。
Description
技术领域
本发明属于油田封堵剂技术领域，具体涉及一种膨胀颗粒复合堵水剂及其制备方法和堵水施工方法。
背景技术
油井高含水是各大油田开发过程中普遍面临的技术难题，它不仅降低原油采收率，而且增加原油生产成本。化学法调剖堵水是缓解油井高含水的常用调控手段，调剖过程中，调剖剂进入高含水层可显著增大该层渗流阻力，令低渗透层启动，波及效率提高；堵水过程中，堵剂进入出水层形成强力堵塞，阻止水流入井内，明显降低油井产水。在众多调堵剂中，膨胀颗粒被公认为是最为经济高效的选择之一。膨胀颗粒在地面合成，能够克服就地聚合物凝胶的天生缺陷，成胶性能可控，注入工艺简单。同时，膨胀颗粒尺寸从微米级至厘米级可调，非常适合处理裂缝出水问题。膨胀颗粒以悬浮液注入地层，在油藏条件下吸水膨胀、充填裂缝，可有效减小裂缝中水相流动空间。
现有的膨胀颗粒封堵剂通过体积膨大来实现油井地层裂缝的封堵，可以实现大孔道良好的封堵效果。但膨胀颗粒膨大呈球状或者接近球状，颗粒之间存在细小缝隙，近似于在大孔道封堵的情况下，又形成新的若干小孔道，无法形成严密的封堵效果。
发明内容
为了解决上现有膨胀颗粒之间存在缝隙，形成若干小孔道，无法严密封堵的技术问题，本发明提供一种膨胀颗粒复合堵水剂及其制备方法和施工方法。
本发明的技术方案：
一种膨胀颗粒复合堵水剂，包括膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂；所述膨胀颗粒与所述固化颗粒的粒径比为1000～10000:1；所述固化剂与固化颗粒的质量比为2～5:50；使用前，所述膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂分开独立保存。
优选的，所述膨胀颗粒的粒径为10～500μm，所述固化颗粒的粒径为10～50nm。
优选的，所述固化颗粒包括具有核壳结构的改性纳米二氧化硅颗粒，所述改性纳米二氧化硅颗粒的核心为纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的表面接枝超支化聚合物。优选的，所述接枝为所述纳米二氧化硅的表面通过硅烷偶联剂与超支化聚合物连接，所述超支化聚合物的分子链上含有酰胺基和/或羧基，所述超支化聚合物为苯乙烯。
膨胀颗粒可以为任一可作为堵水剂的市售的膨胀材料，所述膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成。优选的，其原料及其质量组成为：丙烯酰胺单体8％～16％，抗温抗盐单体2％～5％，填充剂16％～24％，引发剂，用量为所述单体总质量的0.2％～1％；交联剂，用量为所述单体总质量的0.1％～5％；其余为水；所述抗温抗盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述填充剂为纳米蒙脱石、蛭石、橡胶粉、纳米纤维素、活性氧化铝中的至少一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐中的至少一种；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、甲醛、酚醛树脂、四烯丙基氯化铵中的至少一种。
所述固化剂为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、六亚甲基四胺、多聚甲醛、聚壬二酸酐、偏苯三酸酐、对甲苯磺酸、苯磺酰氯、双氰胺、二苯基甲基咪唑中的任一种或多种。
一种膨胀颗粒复合堵水剂的制备方法，包括以下步骤：
制备膨胀颗粒：所述膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成；
制备固化颗粒：将纳米二氧化硅进行烷基化处理；将烷基化后的纳米二氧化硅在水中分散，搅拌下加入乳化剂和引发剂，并加热搅拌至80-90℃，再滴加苯乙烯单体，反应6-10h；反应结束后，冷却至室温，然后洗涤、破乳、干燥，再将干燥后的产物提纯，得到改性纳米二氧化硅颗粒；
制备固化剂；
使用前，膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂分开独立保存。
一种膨胀颗粒复合堵水剂的堵水施工方法，包括以下步骤：
S1)向地层裂缝注入清水；
S2)向地层裂缝注入膨胀颗粒；
S3)将固化颗粒加入清水中搅拌混合均匀，注入地层裂缝；
S4)将固化剂溶于水形成固化剂溶液，并注入地层裂缝。
本发明的有益技术效果
本发明的一种膨胀颗粒复合堵水剂，采用多组分的复合堵水剂，以膨胀颗粒为骨架、以固化颗粒为填充物，由于固化颗粒的粒径要远小于膨胀颗粒，固化颗粒填充在膨胀颗粒之间的缝隙中，促使膨胀颗粒滞留在裂缝内持续发挥堵水作用；同时固化颗粒填充在膨胀颗粒之间的缝隙中，可以封堵膨胀颗粒之间的小孔道。相对于单独的膨胀颗粒堵剂，本发明的膨胀颗粒复合堵水剂的封堵效果更好。
此外，固化颗粒中采用以纳米二氧化硅为核心的核壳结构颗粒，其在纳米二氧化硅的基础上接枝超支化聚合物，提高固化颗粒的分散能力和界面能，并通过超支化聚合物自身分子链上直接的酰胺基或者羧基与油层孔隙表面的氢键结合产生吸附，使其牢固的滞留在孔道与微缝隙中，形成牢固的筛网拦截作用，且又使得该段塞具有一定的渗透能力，允许水、破胶剂等通过，实现膨胀颗粒卡堵的可解除，使封堵具有可恢复性。
本发明还公开了这一膨胀颗粒复合堵水剂的堵水施工方法，采用分步向地层裂缝中注入膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂，当膨胀颗粒进入地层裂缝中后与水接触，发生膨胀，膨胀后的膨胀颗粒暂时滞留在地层裂缝中；再向地层裂缝中注入固化颗粒，由于固化颗粒的粒径要远小于膨胀颗粒，使固化颗粒能更好的进入并填充在膨胀颗粒之间的缝隙中，形成良好封堵效果；尔后再注入固化剂，使固化颗粒表面的酯进一步交联聚合进而实现固化颗粒的固化在膨胀颗粒之间，形成网筛装结构，更好的封堵大孔道。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例提供了一种膨胀颗粒复合堵水剂，包括组分A、组分B和组分C；其中所述组分A包括膨胀颗粒；所述组分B包括固化颗粒；所述固化颗粒包括具有核壳结构的改性纳米二氧化硅颗粒；所述组分C包括固化剂；所述固化剂与固化颗粒的质量比为2～5:50；所述膨胀颗粒与所述固化颗粒的粒径比为1000～10000:1。
组分A、组分B和组分C分开独立保存，当需要使用时，分步向地层裂缝中注入组分A和组分B和组分C。
需要说明的是，所述改性纳米二氧化硅颗粒是核为纳米二氧化硅颗粒，壳为具有支链的脂类聚合物。
在一些实施例中，所述改性纳米二氧化硅颗粒的粒径为10～50nm。
在一些实施例中，所述改性纳米二氧化硅颗粒是以甲基丙烯酸甲酯为聚合物基体与纳米二氧化硅进行超支化反应形成的具有核壳结构的纳米颗粒。
在一些实施例中，所述改性纳米二氧化硅颗粒的制备可采用以下方法：
S1)将纳米二氧化硅进行烷基化处理：称取纳米二氧化硅置于120℃的恒温干燥箱中，干燥；然后取干燥后的纳米二氧化硅加入去离子水中，并加入乙二酸调节溶液pH值至4，再加入75％的乙醇水溶液，超声分散纳米二氧化硅后加入KH-570偶联剂，在70℃恒温中，搅拌反应2h，然后真空抽滤干燥，得到烷基化的纳米二氧化硅；
S2)将烷基化后的纳米二氧化硅分散在水中，通过超声分散10min，使其充分分散在水中，在低速搅拌下加入OP-10和引发剂(可选用APS)，并加热搅拌至85℃后，再加入苯乙烯单体，继续反应6～10h；
S3)反应结束后，冷却至室温，然后洗涤、破乳、干燥，再将干燥后的产物依次用甲醇提纯8h、丙酮提纯24h，得到改性纳米二氧化硅颗粒。
在一些实施例中，纳米二氧化硅的烷基化处理中采用的偶联剂为KH-570。
在一些实施例中，所述固化剂为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、六亚甲基四胺、多聚甲醛、聚壬二酸酐、偏苯三酸酐、对甲苯磺酸、苯磺酰氯、双氰胺、二苯基甲基咪唑中的任一种或多种。例如可以取聚壬二酸酐作为固化剂，溶于水中，形成浓度为8％的固化剂溶液，即组分C。
在一些实施例中，所述膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成。
在一些实施例中，膨胀颗粒采用任一可作为堵水剂的市售的膨胀颗粒。在一些实施例中，膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成。所膨胀颗粒的原料及其质量组成可选用：丙烯酰胺单体8％～16％，抗温抗盐单体2％～5％；填充剂16％～24％；引发剂用量为所述单体总质量的0.2％～1％；交联剂用量为所述单体总质量的0.1％～5％；其余为水；所述抗温抗盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述填充剂为纳米蒙脱石、蛭石、橡胶粉、纳米纤维素、活性氧化铝中的至少一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐中的至少一种；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、甲醛、酚醛树脂、四烯丙基氯化铵中的至少一种。
例如，在一个具体方案中，制备膨胀颗粒包括以下步骤：将18g丙烯酰胺、2gN-乙烯基吡咯烷酮加入到138g清水中搅拌均匀，然后加入0.1g偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐、0.08g四烯丙基氯化铵，待其充分溶解后加入35g纳米蒙脱石、5g纳米纤维素，再次搅拌均匀并放入65℃烘箱反应4.5～5h形成凝胶块，将凝胶块造粒、粉碎成直径100～500μm的颗粒，得到膨胀颗粒。
实施例2
一种膨胀颗粒复合堵水剂的堵水施工方法，包括以下步骤：
S1)向地层裂缝注入清水；
S2)向地层裂缝注入膨胀颗粒；
S3)将固化颗粒加入清水中搅拌混合均匀，注入地层裂缝；
S4)将固化剂溶于水形成固化剂溶液，并注入地层裂缝。
上述技术方案中，采用分步向地层裂缝中注入膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂，当膨胀颗粒进入地层裂缝中后与水接触，发生膨胀，膨胀后的膨胀颗粒暂时滞留在地层裂缝中；再向地层裂缝中注入固体颗粒，由于固体颗粒的粒径要远小于膨胀颗粒，当固体颗粒注入进入膨胀颗粒之间的缝隙中，形成封堵效果；尔后再注入固化剂，使固体颗粒表面的酯进一步交联聚合进而实现固体颗粒的固化在膨胀颗粒之间，形成网筛装结构。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于包括膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂；所述膨胀颗粒与所述固化颗粒的粒径比为1000～10000:1；所述固化剂与固化颗粒的质量比为2～5:50；使用前，所述膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂分开独立保存。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述膨胀颗粒的粒径为10～500μm，所述固化颗粒的粒径为10～50nm。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述固化颗粒包括具有核壳结构的改性纳米二氧化硅颗粒，所述改性纳米二氧化硅颗粒的核心为纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的表面接枝超支化聚合物。
4.根据权利要求3所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述超支化聚合物的分子链上含有酰胺基和/或羧基。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述超支化聚合物为苯乙烯。
6.根据权利要求3所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述接枝为所述纳米二氧化硅的表面通过硅烷偶联剂与超支化聚合物连接。
7.根据权利要求1所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述膨胀颗粒的原料及其质量组成为：丙烯酰胺单体8％～16％，抗温抗盐单体2％～5％，填充剂16％～24％，引发剂，用量为所述单体总质量的0.2％～1％；交联剂，用量为所述单体总质量的0.1％～5％；其余为水；
所述抗温抗盐单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述填充剂为纳米蒙脱石、蛭石、橡胶粉、纳米纤维素、活性氧化铝中的至少一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基脒唑啉盐酸盐中的至少一种；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、甲醛、酚醛树脂、四烯丙基氯化铵中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂，其特征在于所述固化剂为乙二胺、三甲基六亚甲基二胺、六亚甲基四胺、多聚甲醛、聚壬二酸酐、偏苯三酸酐、对甲苯磺酸、苯磺酰氯、双氰胺、二苯基甲基咪唑中的任一种或多种。
9.权利要求1-8任一所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
制备膨胀颗粒：所述膨胀颗粒通过单体、填充剂在引发剂和交联剂作用下于50℃～70℃聚合交联得到的整体凝胶经造粒、粉碎而成；
制备固化颗粒：将纳米二氧化硅进行烷基化处理；将烷基化后的纳米二氧化硅在水中分散，搅拌下加入乳化剂和引发剂，并加热搅拌至80-90℃，再滴加苯乙烯单体，反应6-10h；反应结束后，冷却至室温，然后洗涤、破乳、干燥，再将干燥后的产物提纯，得到改性纳米二氧化硅颗粒；
制备固化剂；
使用前，膨胀颗粒、固化颗粒和固化剂分开独立保存。
10.权利要求1-8任一所述的一种膨胀颗粒复合堵水剂的堵水施工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1)向地层裂缝注入清水；
S2)向地层裂缝注入膨胀颗粒；
S3)将固化颗粒加入清水中搅拌混合均匀，注入地层裂缝；
S4)将固化剂溶于水形成固化剂溶液，并注入地层裂缝。
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| CN202011176142.5A CN114479795A (zh) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | 一种膨胀颗粒复合堵水剂及其制备方法和堵水施工方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117126651A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-11-28 | 西安川秦石油科技有限公司 | 一种油井用堵水剂及制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102485830A (zh) * | 2010-12-02 | 2012-06-06 | 北京化工大学 | 一种核壳型无机/有机聚合物复合微球调剖驱油剂 |
| CN110003869A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-12 | 西南石油大学 | 一种基于膨胀颗粒与可固化颗粒的裂缝堵剂 |
| CN111303355A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-06-19 | 中国石油大学(华东) | 二氧化硅Janus胶体颗粒及其制备方法和应用 |
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2020
- 2020-10-28 CN CN202011176142.5A patent/CN114479795A/zh active Pending
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